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第九章压力加工第一页，本课件共有72页第九章第九章 金属塑性成形金属塑性成形概概 述述第一节第一节 金属塑性成形基础金属塑性成形基础第二节第二节 常用的金属塑性成形方法常用的金属塑性成形方法第三节第三节 金属塑性成形的工艺与结构设计金属塑性成形的工艺与结构设计第四节第四节 金属塑性成形技术的发展金属塑性成形技术的发展第二页，本课件共有72页概概 述述概概念：念：金属塑性成形是利用金属材料所金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性，在外力作用下通过塑性变形具有的塑性，在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。由于外力多数情零件或毛坯的加工方法。由于外力多数情况下是以压力的形式出现的，因此也称为况下是以压力的形式出现的，因此也称为金属压力加工。金属压力加工。第三页，本课件共有72页特特点：点：优点：（优点：（1 1）消除缺陷，细化晶粒，提高金属的力学）消除缺陷，细化晶粒，提高金属的力学性能。性能。（2 2）材料利用率高。）材料利用率高。（3 3）具有较高的生产率。例如，利用多工位冷镦工）具有较高的生产率。例如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400400倍以上。倍以上。（4 4）零件的精度较高，可实现少、无切削加工。）零件的精度较高，可实现少、无切削加工。缺点：不能加工脆性材料和形状特别复杂或体缺点：不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯，且一次性投资较高。积特别大的零件或毛坯，且一次性投资较高。第四页，本课件共有72页应应 用：用：金属的塑性成形是生产金属型金属的塑性成形是生产金属型材、板材、线材等的主要方法。此外，承材、板材、线材等的主要方法。此外，承受较大或复杂负荷的机械零件，如机床主受较大或复杂负荷的机械零件，如机床主轴、内燃机曲轴、连杆以及工具、模具等轴、内燃机曲轴、连杆以及工具、模具等通常需采用此成形方法。如飞机上的压力通常需采用此成形方法。如飞机上的压力加工成形零件约占加工成形零件约占85%85%；汽车、拖拉机上；汽车、拖拉机上的锻件占的锻件占 60%60%80%80%。第五页，本课件共有72页第一节第一节 金属塑性成形基础金属塑性成形基础v一、金属塑性变形的实质一、金属塑性变形的实质 v二、塑性变形对金属组织和性能的影响二、塑性变形对金属组织和性能的影响v三、金属的锻造性能三、金属的锻造性能第六页，本课件共有72页一、金属塑性变形的实质一、金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质，对于单晶体是由于金属原子金属塑性变形的实质，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力作用产生相对滑移，或晶体的部某晶面两侧受切应力作用产生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于某晶面沿一定方向发生切变，即滑移理分晶格相对于某晶面沿一定方向发生切变，即滑移理论和孪生理论。论和孪生理论。单晶体塑性变形：滑移。单晶体塑性变形：滑移。多晶体塑性变形：滑移多晶体塑性变形：滑移+晶粒转动。晶粒转动。第七页，本课件共有72页二、塑性变形对金属组织和性能的影响二、塑性变形对金属组织和性能的影响1.1.冷塑性变形对组织的影响：冷塑性变形对组织的影响：1 1）晶粒沿变形最大的方向伸长晶粒沿变形最大的方向伸长。2 2）晶格晶粒均发生扭曲，产生内应力。）晶格晶粒均发生扭曲，产生内应力。3 3）晶粒间产生碎晶。）晶粒间产生碎晶。2.2.冷塑性变形对组织的影响冷塑性变形对组织的影响形变强化、加形变强化、加工硬化、冷作硬化。工硬化、冷作硬化。强度，硬度强度，硬度；塑性，韧性；塑性，韧性 原因：（微观）碎晶，晶格扭曲，增大滑移阻力。原因：（微观）碎晶，晶格扭曲，增大滑移阻力。第八页，本课件共有72页晶粒变形晶粒变形第九页，本课件共有72页加工硬化加工硬化 塑变程度增大，金属强度，硬度升高；塑性，塑变程度增大，金属强度，硬度升高；塑性，韧性下降的现象。韧性下降的现象。1 1）有利：强化金属，形变强化）有利：强化金属，形变强化 有害：变形抗力有害：变形抗力，继续压力加工困难，对，继续压力加工困难，对模具不利，设备吨位模具不利，设备吨位 加工硬化的结果使金属的晶体构造处于不稳加工硬化的结果使金属的晶体构造处于不稳定的应力状态，具有自发恢复稳定状态的趋势定的应力状态，具有自发恢复稳定状态的趋势（室温不行）（室温不行）2 2）消除方法：加热）消除方法：加热回复和再结晶回复和再结晶 第十页，本课件共有72页3.3.回复与再结晶：回复与再结晶：1 1）回复：金属冷变形后，加热到一定温度，原子）回复：金属冷变形后，加热到一定温度，原子恢复正常排列，消除了晶格扭曲，应力大大降低。加恢复正常排列，消除了晶格扭曲，应力大大降低。加工硬化部分消除（晶粒形状、大小及金属的性能变化工硬化部分消除（晶粒形状、大小及金属的性能变化不大），原子获得能量。震动加剧，回复正常排列。不大），原子获得能量。震动加剧，回复正常排列。T T回（回（0.250.250.30.3）T T熔熔（室温（室温273273）T T回、回、T T熔分别为金属回复、熔化的绝对温度。熔分别为金属回复、熔化的绝对温度。第十一页，本课件共有72页2 2）再结晶：温度再增加，金属原子获得更多能量，）再结晶：温度再增加，金属原子获得更多能量，则以碎晶和杂质为核结晶成新的晶粒。则以碎晶和杂质为核结晶成新的晶粒。实质：无畸变组织代替变形组织，完全消除加实质：无畸变组织代替变形组织，完全消除加工硬化。工硬化。T T再再0.4T0.4T熔熔 T T再再金属绝对再结晶温度。金属绝对再结晶温度。再结晶退火：经冷变形后的金属加热到再结晶温度再结晶退火：经冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使变形晶粒重新结晶为均匀的以上，保持适当时间，使变形晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，以消除变形强化和残余应力的工艺。等轴晶粒，以消除变形强化和残余应力的工艺。高温下受力塑性变形高温下受力塑性变形硬化与再结晶同时存硬化与再结晶同时存在。在。第十二页，本课件共有72页4.4.冷变形和热变形冷变形和热变形 1 1）冷变形）冷变形冷变形冷变形TT再以下发生的变形。再以下发生的变形。冷变形后具有加工硬化组织，能获得较高的冷变形后具有加工硬化组织，能获得较高的表面光洁度及硬度，但变形程度不宜过大，避表面光洁度及硬度，但变形程度不宜过大，避免破裂免破裂。冷变形的特点：制作精度好、表面粗糙度小、劳冷变形的特点：制作精度好、表面粗糙度小、劳动条件好，可提高材料的强度和硬度，但变形抗力动条件好，可提高材料的强度和硬度，但变形抗力大，对工模具要求高，且易产生应力、塑性下降。大，对工模具要求高，且易产生应力、塑性下降。冷变形常常需要中间退火。冷变形常常需要中间退火。冷变形后的件若继续加工，要再结晶退火。冷变形后的件若继续加工，要再结晶退火。第十三页，本课件共有72页2 2）热变形）热变形 热变形T再以上发生的变形。热变形可得到再结晶组织，变形程度大，无加工硬化，获得良好的机械性的组织。热加工的特点：塑性良好，变形抗力小，容易加工变形；但易氧化，制件的尺寸精度差，表面粗糙，劳动条件差，需专门加热设备。5.锻造流线及锻造比 1）锻造流线：锻造时，金属的脆性杂质被打碎，锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这种热锻后具有一定方向性的金属组织，通常称这种热锻后具有一定方向性的金属组织，通常称为锻造流线，又叫纤维组织。为锻造流线，又叫纤维组织。第十四页，本课件共有72页2 2）锻造比）锻造比锻造比是锻造时变形程度的一种表示方法。通常用锻造比是锻造时变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示。变形前后的截面比、长度比或高度比来表示。锻造比对锻件的锻透程度和力学性能有很大影响。锻造比对锻件的锻透程度和力学性能有很大影响。锻造比越大，热变形程度越大，金属的组织、性能的锻造比越大，热变形程度越大，金属的组织、性能的改善越明显。但当锻造比达到一定值时，锻件的力学改善越明显。但当锻造比达到一定值时，锻件的力学性能不再上升，而且增加各向异性。性能不再上升，而且增加各向异性。一般，碳素结构钢取2-3，合金结构钢取3-4。对于某些高合金工具钢和特殊性能的合金钢，为促进合金碳化物分布的均匀化，击碎钢中的碳化物，常采用较大的锻造比，如高速钢取5-12，不绣钢取4-6。第十五页，本课件共有72页锻造比越大，锻造流线越明显；锻造流线的稳锻造比越大，锻造流线越明显；锻造流线的稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。压使金属变形，才能改变其方向和形状。锻造流线使金属的力学性能呈各向异性，当分别锻造流线使金属的力学性能呈各向异性，当分别沿着流线方向和垂直流线方向拉伸时，前者有较高沿着流线方向和垂直流线方向拉伸时，前者有较高的抗拉强度；当分别沿着流线方向和垂直流线方向的抗拉强度；当分别沿着流线方向和垂直流线方向剪切时，后者有较高的抗剪强度。故剪切时，后者有较高的抗剪强度。故为了提高零件为了提高零件机械性能，应尽量做到：机械性能，应尽量做到：a)a)使纤维方向于零件的轮廓相符合，而不被切断。使纤维方向于零件的轮廓相符合，而不被切断。b)b)使零件受使零件受maxmax拉应力与纤维方向一致。拉应力与纤维方向一致。maxmax与纤维垂直。与纤维垂直。第十六页，本课件共有72页三、金属的锻造性能三、金属的锻造性能 金属在压力加工时获得优质产品的难易程度称为金金属在压力加工时获得优质产品的难易程度称为金属的锻造性能。属的锻造性能。包括方面：包括方面：1 1）塑性）塑性：变形时金属不易开裂。：变形时金属不易开裂。、kk2 2）变形抗力）变形抗力：省力，不易磨损模具，小设备，：省力，不易磨损模具，小设备，消耗能量小。消耗能量小。影响金属锻造性能的因素：影响金属锻造性能的因素：（1 1）内在因素：）内在因素：（2 2）加工条件：）加工条件：第十七页，本课件共有72页（1 1）内在因素：）内在因素：1 1）化学成分：纯金属一般具有良好的锻造性）化学成分：纯金属一般具有良好的锻造性能。碳钢随碳的质量分数的增加，锻造性能逐渐能。碳钢随碳的质量分数的增加，锻造性能逐渐变差。合金元素的加入会劣化锻造性能。变差。合金元素的加入会劣化锻造性能。2 2）金属组织：纯金属及固溶体锻造性能好，）金属组织：纯金属及固溶体锻造性能好，而碳化物的锻造性能差。铸态柱状晶组织和粗晶而碳化物的锻造性能差。铸态柱状晶组织和粗晶结构不如细小而又均匀晶粒结构的金属锻造性能结构不如细小而又均匀晶粒结构的金属锻造性能好。好。3 3）晶体结构：面心立方体心立方密排晶体结构：面心立方体心立方密排六方。六方。第十八页，本课件共有72页(2)加工条件：1）变形温度：tt 变形抗力变形抗力、塑性、塑性 锻造性能锻造性能 ；T T再以上，塑性再以上，塑性，如：碳钢在，如：碳钢在A3A3线上，组织为线上，组织为A A、面心、塑性、面心、塑性 但但 t t过高，易产生过高，易产生“过热过热”、“过烧过烧”、“脱碳脱碳”、“严重氧化严重氧化”。锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。锻造温度范围的确定以合金状态图为依据。一般：始锻温度：始锻温度：AEAE线下线下200200左右。左右。终锻温度：终锻温度：800800（T T再以上）再以上）第十九页，本课件共有72页2 2）变形速度：指单位时间内的变形程度。）变形速度：指单位时间内的变形程度。在一定的变形速度以下，可锻性下降；在一定的变形速度以下，可锻性下降；当超过某一变形速度时，可锻性提高；当超过某一变形速度时，可锻性提高；原因：原因：变形变形加工硬化加工硬化热能热能 再结晶再结晶 3)3)应力状态：一般说来：应力状态：一般说来：压应力数目越多，塑性压应力数目越多，塑性越好；拉应力数目越多，塑性越差。越好；拉应力数目越多，塑性越差。第二十页，本课件共有72页v进入第二节进入第二节第二十一页，本课件共有72页第二节第二节 常用的金属塑性成形方常用的金属塑性成形方法法v一、轧制一、轧制v二、挤压二、挤压v三、拉拔三、拉拔v四、自由锻四、自由锻v五、模锻五、模锻v六、板料冲压六、板料冲压v七、其他塑性成形方法七、其他塑性成形方法第二十二页，本课件共有72页一、轧制一、轧制1.1.概念：轧制是指金属坯料在两个回转轧辊的空概念：轧制是指金属坯料在两个回转轧辊的空隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。如隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。如下图。下图。坯料坯料轧辊轧辊轧制生产所用的坯料主轧制生产所用的坯料主要是金属锭。其在轧制过要是金属锭。其在轧制过程中，靠摩擦力通过轧辊程中，靠摩擦力通过轧辊孔隙而受压变形，从而获孔隙而受压变形，从而获得所需的产品。得所需的产品。轧辊上的孔型不同，可轧制出不同的原材料轧辊上的孔型不同，可轧制出不同的原材料（如钢板、型材等）、毛坯和零件。（如钢板、型材等）、毛坯和零件。轧制方法的主要工艺有辊锻、横轧、斜轧和旋轧制方法的主要工艺有辊锻、横轧、斜轧和旋锻等。锻等。第二十三页，本课件共有72页二、挤压二、挤压1.1.概念：挤压是指金属坯料在挤压模内受压被挤出概念：挤压是指金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而成形的方法，如下图。模孔而成形的方法，如下图。挤压筒挤压筒挤压模挤压模凸模凸模坯料坯料2.2.特点：挤压可以获得各特点：挤压可以获得各种复杂截面的型材或零件，种复杂截面的型材或零件，适用于加工低碳钢、非铁适用于加工低碳钢、非铁金属及合金。金属及合金。3.3.类型：类型：1 1）按金属流动方向和凸模运动的方向不同分：正挤压、反挤压、）按金属流动方向和凸模运动的方向不同分：正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。复合挤压和径向挤压。2 2）按金属坯料所处的温度分：热挤压、冷挤压和温挤压。）按金属坯料所处的温度分：热挤压、冷挤压和温挤压。第二十四页，本课件共有72页三、拉拔三、拉拔1.1.概念：拉拔是指将金属坯料强行拉过拉拔模的概念：拉拔是指将金属坯料强行拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法，如下图。模孔而变形的加工方法，如下图。拉拔模拉拔模坯料坯料2.2.特点：多数情况下是在特点：多数情况下是在冷态下进行，所得产品具冷态下进行，所得产品具有较高的尺寸精度和低的有较高的尺寸精度和低的表面粗糙度，常用于轧制表面粗糙度，常用于轧制件的再加工，可制造各种件的再加工，可制造各种线材、薄壁管和各种特殊线材、薄壁管和各种特殊几何形状的型材。几何形状的型材。模孔常用硬质合金或其它耐磨材料制造。模孔常用硬质合金或其它耐磨材料制造。第二十五页，本课件共有72页四、自由锻造四、自由锻造1.1.概念：概念：自由锻是指金属坯料在锻锤或压力机的自由锻是指金属坯料在锻锤或压力机的上下抵铁（上砧、下砧）间受冲击力或压力而变形上下抵铁（上砧、下砧）间受冲击力或压力而变形的加工方法，如下图。的加工方法，如下图。坯料坯料2.2.特点：特点：1 1）工具简单、通用性强；）工具简单、通用性强；2 2）应用广泛，几克）应用广泛，几克几百几百吨，机械性能高；吨，机械性能高；3 3）锻件尺寸精度差，材料）锻件尺寸精度差，材料利用率低；利用率低；第二十六页，本课件共有72页 4 4）只能用于形状简单的锻件；）只能用于形状简单的锻件；5 5）劳动强度大（尤其手工）；）劳动强度大（尤其手工）；3.3.工序：工序：自由锻的工序分为基本工序、辅助工序和修整工序。基本工序有镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、切割、错移、扭转等；辅助工序有压钳口、倒棱、切肩等；修整工序有校正、滚圆、平整等；第二十七页，本课件共有72页4.4.设备：设备：常用的自由锻设备有锻锤和液压机两大类，常用的自由锻设备有锻锤和液压机两大类，其中锻锤产生冲击力使金属坯料变形，常用的有空气其中锻锤产生冲击力使金属坯料变形，常用的有空气锤和蒸汽空气锤。空气锤吨位较小，只用来锻造小锤和蒸汽空气锤。空气锤吨位较小，只用来锻造小型件；蒸汽空气锤的吨位稍大（最大吨位可达型件；蒸汽空气锤的吨位稍大（最大吨位可达50kN50kN），可用来锻造质量小于），可用来锻造质量小于1500kg1500kg的锻件；液压机的锻件；液压机产生静压力使金属坯料变形，吨位较大的水压机可以产生静压力使金属坯料变形，吨位较大的水压机可以锻造重量达锻造重量达300t300t的锻件。的锻件。第二十八页，本课件共有72页五、模锻五、模锻1.1.概念：概念：模锻是指金属坯料在一定形状的锻模模膛内模锻是指金属坯料在一定形状的锻模模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。受冲击力或压力而变形的加工方法。2.2.原理：原理：模锻的工作原模锻的工作原理与蒸汽空气自理与蒸汽空气自由锻基本相同，只由锻基本相同，只是其采用专用的锻是其采用专用的锻模对金属材料进行模对金属材料进行成形。成形。第二十九页，本课件共有72页3.3.特点：特点：优点：优点：1 1）操作技术要求不高，生产率高；）操作技术要求不高，生产率高；2 2）尺寸精确，表面质量好；）尺寸精确，表面质量好；3 3）可锻造形状较复杂的锻件；）可锻造形状较复杂的锻件；4 4）节省材料，减少切削量，降低成本（批）节省材料，减少切削量，降低成本（批量）。量）。5 5）锻件内部流线分布更合理；）锻件内部流线分布更合理；6 6）劳动强度较低；）劳动强度较低；缺点：缺点：1 1）受设备吨位限制，质量不能太大）受设备吨位限制，质量不能太大（150kg150kg以下）；以下）；2 2）锻模成本高，不宜于小批、单件生产。）锻模成本高，不宜于小批、单件生产。3 3）工艺灵活性较差，生产准备周期较长；）工艺灵活性较差，生产准备周期较长；第三十页，本课件共有72页5.5.锻模锻模锻模的结构是由上下两模块组成。两模块通过锻模的结构是由上下两模块组成。两模块通过燕尾和楔铁分别紧固在锤头和模座上。燕尾和楔铁分别紧固在锤头和模座上。上、下模上、下模接触时，其接触面上所形成的空间为模膛。接触时，其接触面上所形成的空间为模膛。模锻模膛按其结构和功用可分为制坯模膛和模锻模模锻模膛按其结构和功用可分为制坯模膛和模锻模膛两类。膛两类。制坯模膛制坯模膛拔长、滚压、弯曲、切断拔长、滚压、弯曲、切断模锻模膛模锻模膛预锻模膛和终锻模膛预锻模膛和终锻模膛4.4.分类：分类：按使用设备的不同，模锻主要有锤上模锻、胎模按使用设备的不同，模锻主要有锤上模锻、胎模锻和其它设备上的模锻。锻和其它设备上的模锻。第三十一页，本课件共有72页（1 1）模锻模膛）模锻模膛 1 1）预锻模膛）预锻模膛 a.a.使坯料变形到接近于锻件的形状、尺寸，使金属易于充满使坯料变形到接近于锻件的形状、尺寸，使金属易于充满终锻模膛。终锻模膛。b.b.减少对终锻模膛的磨损，提高锻模寿命。减少对终锻模膛的磨损，提高锻模寿命。与终锻模膛区别：斜度和圆角大，没有飞边槽。与终锻模膛区别：斜度和圆角大，没有飞边槽。形状简单、小批量、可不用此模膛。形状简单、小批量、可不用此模膛。2 2）终锻模膛：）终锻模膛：使坯料变形成锻件图上要求的形状、尺寸使坯料变形成锻件图上要求的形状、尺寸和精度。和精度。a.a.因热胀冷缩，终锻模膛尺寸要比锻件尺寸放大一个收缩量。因热胀冷缩，终锻模膛尺寸要比锻件尺寸放大一个收缩量。b.b.模膛四周有飞边槽模膛四周有飞边槽增加金属从模膛中流出阻力，容纳多余增加金属从模膛中流出阻力，容纳多余的金属。的金属。c.c.对于有通孔件，留有冲孔连皮。对于有通孔件，留有冲孔连皮。第三十二页，本课件共有72页（2 2）制坯模膛）制坯模膛作用：作用：1）使坯料形状和尺寸接近锻件（为预锻和终锻）使坯料形状和尺寸接近锻件（为预锻和终锻做准备）做准备）2）清除坯料表面的金属氧化皮）清除坯料表面的金属氧化皮a.拔长模膛：拔长模膛：减少某部分横截面，以增加其长度，一般减少某部分横截面，以增加其长度，一般设在锻模边缘，操作时需一边送进，一边翻转。设在锻模边缘，操作时需一边送进，一边翻转。b.滚压模膛：滚压模膛：减少某部分横截面，以增加另一部分横截面，减少某部分横截面，以增加另一部分横截面，使金属按锻件形状分布。使金属按锻件形状分布。c.弯曲模膛：弯曲模膛：需弯曲的杆类件，用弯曲模膛来弯曲坯料。需弯曲的杆类件，用弯曲模膛来弯曲坯料。d.切断模膛：切断模膛：它是在上、下模的角上组成一对刀口，单它是在上、下模的角上组成一对刀口，单件时用来切下锻件或切下钳口；多件时，用它分离单件。件时用来切下锻件或切下钳口；多件时，用它分离单件。第三十三页，本课件共有72页六、板料冲压六、板料冲压凹模凹模凸模凸模坯料坯料1.1.概念：概念：板料冲压是指金属板料在冲模之间受压板料冲压是指金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法，如下图。产生分离或变形的加工方法，如下图。一般冷态下成型，一般冷态下成型，810mm810mm时，热态时，热态成型成型2.2.材料材料:原材料塑性高原材料塑性高低低C C钢、铝合金、铜合钢、铝合金、铜合金、镁合金、塑性高的合金金、镁合金、塑性高的合金钢。钢。3.3.设备：设备：剪床剪床剪料剪料 冲床冲床冲压冲压第三十四页，本课件共有72页剪剪床床冲冲床床第三十五页，本课件共有72页4.4.特点：特点：1 1）可冲压出成型复杂的件，废料少；）可冲压出成型复杂的件，废料少；2 2）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，互换性好。度，互换性好。3 3）质量轻，材料消耗少，强度、刚度高。）质量轻，材料消耗少，强度、刚度高。4 4）操作简单，便于自动化，生产率高。）操作简单，便于自动化，生产率高。5 5）模具复杂，适于大批量生产。）模具复杂，适于大批量生产。5.5.基本工序：基本工序：可分为可分为分离工序分离工序和和变形工序变形工序，前者主要指冲裁，前者主要指冲裁工序，后者包括弯曲、拉深和成形等。工序，后者包括弯曲、拉深和成形等。第三十六页，本课件共有72页(1)(1)分离工序分离工序1 1）冲裁）冲裁 冲裁是利用凹、凸模使坯料按封冲裁是利用凹、凸模使坯料按封闭轮廓分离的工序。落料和冲孔总称为冲裁。落闭轮廓分离的工序。落料和冲孔总称为冲裁。落料和冲孔的工艺过程完全相同，当坯料被冲下的料和冲孔的工艺过程完全相同，当坯料被冲下的部分为成品时，该工艺过程称为落料；当坯料的部分为成品时，该工艺过程称为落料；当坯料的周边为成品时，该工艺过程称为冲孔。周边为成品时，该工艺过程称为冲孔。2 2）切断）切断 指将材料沿不封闭的曲线分离的冲压方法称为切断。主要用于将板料切成具有一定宽度的条料，为成形工序的备料工序。3 3）切口）切口 指将材料沿不封闭的曲线部分地分离指将材料沿不封闭的曲线部分地分离开，其分离部分的材料发生弯曲，此种冲压方法称为开，其分离部分的材料发生弯曲，此种冲压方法称为切口。切口。第三十七页，本课件共有72页（2 2）变形工序）变形工序-包括弯曲、拉深和成形包括弯曲、拉深和成形1 1）弯曲：指将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成）弯曲：指将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法称为弯曲。具有一定曲率和角度的制件的成形方法称为弯曲。受力分析：外侧受拉，内侧受压，tb，外侧拉裂，板厚 r 则t 易裂 最小弯曲半径rmin=（0.251）塑性 rmin可小些 弯曲方向：弯曲时尽可能使弯曲线与毛坯的纤维方向一致 回弹：回弹现象 010防止方法：a.弯曲的模具角度小一个回弹角;b.弯曲时两端加拉力，压力拉力;第三十八页，本课件共有72页2 2）拉深：指使平板坯料变成中空型零件或使中）拉深：指使平板坯料变成中空型零件或使中空型零件深度加深的变形工序。空型零件深度加深的变形工序。拉深过程：拉深过程：1 1）D D直径平板放在凹模上。直径平板放在凹模上。2 2）凸模向下运动，板料被拉入凸模向下运动，板料被拉入凸、凹模的间隙中，形成空心零件。凸、凹模的间隙中，形成空心零件。拉深中的废品：拉深中的废品：拉裂拉裂 t tbb；起皱起皱起皱起皱拉裂拉裂第三十九页，本课件共有72页3)3)成形：指用各种局部变形的方式来改变工成形：指用各种局部变形的方式来改变工件或坯料形状的各种加工工艺方法。主要包件或坯料形状的各种加工工艺方法。主要包括压肋、压坑、胀形、翻边等。括压肋、压坑、胀形、翻边等。压肋：压肋：压坑：指压制圆形加强窝。压坑：指压制圆形加强窝。胀形：胀形：通过模具使空心件或管状坯料向外扩通过模具使空心件或管状坯料向外扩张，胀出所需的凸起曲面的成形方法。张，胀出所需的凸起曲面的成形方法。翻边：翻边：将制件的孔边缘或外边缘翻转成竖立将制件的孔边缘或外边缘翻转成竖立或一定角度的直边的工艺方法。或一定角度的直边的工艺方法。第四十页，本课件共有72页七、其他塑性成形方法七、其他塑性成形方法1.1.精密模锻精密模锻 ：指在模锻设备上锻造出形状复杂、：指在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺。锻件精度高的模锻工艺。工艺特点：工艺特点：1 1）精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料；）精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料；2 2）精细清理表面，去氧化皮，脱碳层；）精细清理表面，去氧化皮，脱碳层；3 3）采用无氧化或少氧化加热，减少氧化皮；）采用无氧化或少氧化加热，减少氧化皮；4 4）采用高精度锻模；）采用高精度锻模；5 5）锻模应进行润滑，冷却）锻模应进行润滑，冷却 （热胀冷缩）；（热胀冷缩）；6 6）采用刚度大，精度高的设备。）采用刚度大，精度高的设备。应用：应用：多用于中小型零件的大批生产。如各类医疗器械、多用于中小型零件的大批生产。如各类医疗器械、汽车、拖拉机的直齿锥齿轮、飞机操纵杆及发动机涡轮叶片等汽车、拖拉机的直齿锥齿轮、飞机操纵杆及发动机涡轮叶片等零件。零件。第四十一页，本课件共有72页2.2.超塑性成形超塑性成形（1 1）概念：金属在特定的组织条件、温度条件和）概念：金属在特定的组织条件、温度条件和变形速度下变形时，塑性比常态下提高几倍到几变形速度下变形时，塑性比常态下提高几倍到几十倍，而变形抗力降低到常态的几分之一，甚至十倍，而变形抗力降低到常态的几分之一，甚至几十分之一的特性。几十分之一的特性。（2 2）类型：主要有细晶粒超塑性和相变超塑性）类型：主要有细晶粒超塑性和相变超塑性两种。两种。（3 3）应用：）应用：1 1）板料冲压，可拉深很深筒；）板料冲压，可拉深很深筒；2 2）板料气压成形；）板料气压成形；3 3）挤压、模锻，如钛合金；）挤压、模锻，如钛合金；第四十二页，本课件共有72页v进入第三节进入第三节第四十三页，本课件共有72页第三节第三节 金属塑性成形的工艺与结构金属塑性成形的工艺与结构设计设计一、自由锻的工艺与结构设计一、自由锻的工艺与结构设计二、模锻的工艺与结构设计二、模锻的工艺与结构设计三、板料冲压的工艺与结构设计三、板料冲压的工艺与结构设计第四十四页，本课件共有72页一、自由锻的工艺与结构设计一、自由锻的工艺与结构设计一）自由锻的工艺设计一）自由锻的工艺设计 自由锻工艺设计的主要内容包括：根据自由锻工艺设计的主要内容包括：根据零件图零件图绘制锻件图绘制锻件图、计算坯料的质量和尺寸计算坯料的质量和尺寸、确定锻造工序确定锻造工序、选择锻造设备、确定坯料加选择锻造设备、确定坯料加热规范和填写工艺卡片热规范和填写工艺卡片等。等。即：零件图即：零件图绘制锻件图绘制锻件图计算坯料质量和计算坯料质量和 尺寸尺寸选择锻造工序选择锻造工序设备和吨位设备和吨位加热规范加热规范规定技术要求规定技术要求检验要求检验要求编制劳动组织和工时编制劳动组织和工时 第四十五页，本课件共有72页1.1.绘制锻件图绘制锻件图1 1）敷料：为简化锻件形状而增添的金属（也叫）敷料：为简化锻件形状而增添的金属（也叫 余块）。余块）。2 2）加工余量：自由锻件精度、尺寸、表面质量）加工余量：自由锻件精度、尺寸、表面质量 较差。较差。需切削加工，所以应留余量，即加工余量。需切削加工，所以应留余量，即加工余量。3 3）锻造公差：锻件实际尺寸和名义尺寸之间所）锻造公差：锻件实际尺寸和名义尺寸之间所 允许的最大偏差。允许的最大偏差。公差查手册。公差查手册。1 1工艺余块工艺余块 2 2余量余量 第四十六页，本课件共有72页锻件图的绘制方法如下：锻件图的绘制方法如下：1 1）锻件的形状用粗实线，同时用假想线（双点划线）描）锻件的形状用粗实线，同时用假想线（双点划线）描绘出零件的形状。绘出零件的形状。2 2）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺寸）锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面，零件的尺寸和公差用括号标注在尺寸线的下面或侧面。和公差用括号标注在尺寸线的下面或侧面。3 3）图上无法标注的技术要求，如锻造温度范围、锻造比、）图上无法标注的技术要求，如锻造温度范围、锻造比、氧化缺陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字说明。氧化缺陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字说明。锻件图锻件图第四十七页，本课件共有72页2.2.计算坯料质量和尺寸计算坯料质量和尺寸 1 1）坯料质量的计算：）坯料质量的计算：坯料质量坯料质量 为锻件的质量为锻件的质量与锻造时各种金属损耗的质量之和，可按下式进行与锻造时各种金属损耗的质量之和，可按下式进行计算：计算：m m坯坯=（m m锻锻+m+m芯芯+m+m切）（切）（1 1）式中：式中：m m坯坯-坯料质量；坯料质量；m m锻锻-锻件质量；锻件质量；m m芯芯-冲孔时冲孔时的芯料质量；的芯料质量；m m切切-锻造中被切掉的金属质量。锻造中被切掉的金属质量。钢钢料加热损耗率，第一次加热取被加热金属的料加热损耗率，第一次加热取被加热金属的2 23 3，以后各，以后各次加热取次加热取1.51.52.02.0。2 2）确定坯料的尺寸：）确定坯料的尺寸：根据计算出的坯料质量即根据计算出的坯料质量即可计算杯料的体积，最后依据基本工序及锻造比计算可计算杯料的体积，最后依据基本工序及锻造比计算坯料的截面面积、直径、边长等尺寸。坯料的截面面积、直径、边长等尺寸。第四十八页，本课件共有72页3.3.选择锻造工序选择锻造工序 包括基本工序、辅助工序及修整工序。包括基本工序、辅助工序及修整工序。根据锻件技术要求，坯料情况，生产批量等确定。根据锻件技术要求，坯料情况，生产批量等确定。一般：盘类：镦粗、（或拔长、镦粗）冲一般：盘类：镦粗、（或拔长、镦粗）冲 孔。孔。轴类：拔长（拔轴类：拔长（拔+镦粗）、压肩。镦粗）、压肩。筒类：镦粗（镦筒类：镦粗（镦+拔）、冲孔、在心轴拔）、冲孔、在心轴 上拔长。上拔长。环类：镦粗（拔环类：镦粗（拔+镦）、冲孔。镦）、冲孔。详细情况见教材表详细情况见教材表9-19-1。第四十九页，本课件共有72页 4.4.选择锻造设备选择锻造设备 锻造设备应根据锻件材料、尺寸（或质量）、锻锻造设备应根据锻件材料、尺寸（或质量）、锻造的基本工序、设备的锻造能力等因素进行选择，造的基本工序、设备的锻造能力等因素进行选择，并应考虑工厂的现有设备条件。相关内容可查有关并应考虑工厂的现有设备条件。相关内容可查有关手册。手册。5.5.确定坯料加热规范确定坯料加热规范 根据锻件的材料、尺寸、形状和生产批量等根据锻件的材料、尺寸、形状和生产批量等因素，查阅相关手册，确定坯料的加热规范。因素，查阅相关手册，确定坯料的加热规范。6.6.填写工艺卡片填写工艺卡片 工艺卡的填写可参见教材表工艺卡的填写可参见教材表9-29-2，典型自由锻锻，典型自由锻锻件的工艺卡。件的工艺卡。第五十页，本课件共有72页二）自由锻件的结构设计二）自由锻件的结构设计原则：满足使用性能要求，符合自由锻工艺要求，原则：满足使用性能要求，符合自由锻工艺要求，节约金属，保证质量，提高生产率。节约金属，保证质量，提高生产率。1.1.尽量避免锥体或斜面（因必用专用工具，成型尽量避免锥体或斜面（因必用专用工具，成型困难）困难）2.2.锻件由几个简单几何体构成时，交接处不应形成锻件由几个简单几何体构成时，交接处不应形成空间曲线。空间曲线。3.3.锻件不应设计出凸台、筋板。锻件不应设计出凸台、筋板。4.4.椭圆形、工字形等复杂截面应避免。椭圆形、工字形等复杂截面应避免。5.5.截面变化不宜太大。截面变化不宜太大。锻造比太大锻造比太大 6.6.外表面复杂的锻件不应设计，可采用分别锻外表面复杂的锻件不应设计，可采用分别锻造，然后焊接或机械联接。造，然后焊接或机械联接。第五十一页，本课件共有72页二、模锻的工艺与结构设计二、模锻的工艺与结构设计一）模锻的工艺设计一）模锻的工艺设计 模锻的工艺设计的主要内容包括：绘制模锻件图、模锻的工艺设计的主要内容包括：绘制模锻件图、计算坯料质量和尺寸计算坯料质量和尺寸、确定模锻工步（模膛）、安确定模锻工步（模膛）、安排修整工序排修整工序等。等。1.1.绘制模锻锻件图绘制模锻锻件图 模锻锻件图是制造和检验终锻模膛的依据。模锻锻件图是制造和检验终锻模膛的依据。这是以零件图为基础，考虑了这是以零件图为基础，考虑了分模面的选择分模面的选择、加加工余量、公差、余块、模锻斜度工余量、公差、余块、模锻斜度、圆角半径和冲圆角半径和冲孔连皮孔连皮等绘制的。等绘制的。第五十二页，本课件共有72页（1 1）分模面的选择）分模面的选择 原则：原则：a a、保证锻件能完整地从模膛中取出；、保证锻件能完整地从模膛中取出；b b、使模膛浅而宽，便于加工、利于金属流动；、使模膛浅而宽，便于加工、利于金属流动；c c、应使上、下模膛沿分模面的轮廓一致，便于检查、应使上、下模膛沿分模面的轮廓一致，便于检查上、下模错移；上、下模错移；d d、分模面应使锻件上敷料最少；、分模面应使锻件上敷料最少；e e、分模面尽量选平面；、分模面尽量选平面；f f、有流线要求时，依受载情况确定；、有流线要求时，依受载情况确定；应用实例：应用实例：第五十三页，本课件共有72页c c分模面选择比较分模面选择比较a ab bd da ac cb bd d a-aa-a面锻件无法取出；面锻件无法取出；b-bb-b面金属不易充满面金属不易充满模膛，且不利于锻模制造和敷料较多（因孔不模膛，且不利于锻模制造和敷料较多（因孔不能锻出），浪费金属，增加加工工时；能锻出），浪费金属，增加加工工时；c-cc-c面面易发生错模现象；易发生错模现象；d-dd-d面最合理。面最合理。返回返回第五十四页，本课件共有72页（2 2）确定余量、公差、敷料）确定余量、公差、敷料 机械加工余量：一般机械加工余量：一般14mm14mm，比自由锻小的多。，比自由锻小的多。公差：公差：一般一般0.33mm0.33mm；敷料：为简化形状，敷料：为简化形状，d d2530mm2530mm，孔不锻出，孔不锻出，加敷料。加敷料。相关具体数值可查锻工手册。相关具体数值可查锻工手册。（3 3）确定模锻斜度）确定模锻斜度 锻件上平行于锤击方向必有斜度，以利于取件。斜锻件上平行于锤击方向必有斜度，以利于取件。斜度大小与锻件形状尺寸、材料性质、锻造方法（如平度大小与锻件形状尺寸、材料性质、锻造方法（如平锻有顶出装置，斜度小）等有关。锻有顶出装置，斜度小）等有关。一般钢件外模锻斜度一般钢件外模锻斜度=510=510，内斜度比外，内斜度比外斜度大斜度大 23 23，因为内壁冷缩，夹紧工件。，因为内壁冷缩，夹紧工件。第五十五页，本课件共有72页 4 4）确定圆角半径）确定圆角半径：锻件两平面交接处均要做成圆：锻件两平面交接处均要做成圆角。角。a a、金属易于充满模膛；、金属易于充满模膛；b b、模凹角处易应力集中、裂纹；、模凹角处易应力集中、裂纹；c c、凸尖角处有圆角磨损减轻，提高模具寿命；、凸尖角处有圆角磨损减轻，提高模具寿命；d d、避免拉断流线；、避免拉断流线；钢的模锻件外圆角半径取钢的模锻件外圆角半径取1.5